常用激光器工作原理报告
激光原理与技术实验报告.doc
激光原理与技术实验报告.doc概述激光技术是一种应用广泛、发展迅速的新技术，在工业、医学、通讯等领域都有着广泛的应用。
本实验旨在了解激光的基本原理，掌握激光器的构造和激光束的生成与测量方法，以及掌握激光的一些基本特性和应用。
实验原理激光是指具有高度纯度、单色性好、方向性和相干性极强的光，其产生和放大是通过受激辐射过程完成的。
具体来说，激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子，使其受激辐射，在辅助的反射镜的作用下，从而在激光器中形成一束具有极强方向性和相干性的激光。
实验装置实验装置如图所示，主要由He-Ne激光器、反射镜组、光路组件和功率测量仪等组成。
其中，He-Ne激光器是实验的主体部分，可产生波长为632.8nm的激光。
反射镜组是用来控制和调整激光束传输方向、聚焦和扩展等方面的效果。
光路组件包括凸透镜、切向波片、偏振片等，主要用来调整、过滤和分析激光束的偏振状态、强度和相位，以及产生不同的波长和形状的激光束。
功率测量仪主要用来测量激光束的功率、光密度和曲率等参数。
实验步骤1. 准备工作：检查实验装置的连接和安全，确认激光幽灵系统处于正常工作状态，注意保护眼睛。
2. 初步调整：用反射镜组将激光束从He-Ne激光器中传输到实验台上的观测屏幕上，调整反射镜组的位置和角度，以便获得尽可能高的反射率和强度。
3. 改变激光束的偏振状态：加入偏振片，以控制激光束的偏振状态和方向，观察不同偏振状态的激光束在屏幕上的反映情况，了解激光束的偏振特性。
4. 产生不同波长的激光束：加入切向波片和凸透镜组件，改变激光束的相位和波长，观察不同波长激光束在观察屏幕上的差异，掌握不同波长激光束的产生和调制方法。
5. 测量激光束的功率和强度：用功率测量仪测量激光束的功率和光密度等参数，掌握不同位置和距离的激光束的功率和强度变化情况，应用激光干涉和相位空间法等技术分析和处理激光束。
光纤激光 研究报告
光纤激光研究报告1. 引言光纤激光是一种基于光纤技术的激光器，其具有高功率、高效率、高稳定性等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
本文将对光纤激光的原理、应用和发展进行研究和分析。
2. 光纤激光原理光纤激光的原理主要是通过将激发能量传导到光纤芯心中，通过光纤的全反射作用，形成一条具有高能量浓度的光束。
光纤激光的核心部分是光纤芯心和泵浦源。
通过泵浦源向光纤注入大量能量，激发光纤芯心中的活性离子，产生激光。
3. 光纤激光的应用3.1 通信领域光纤激光在通信领域有着重要的应用。
传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点，使光纤激光成为长距离通信的首选技术。
利用光纤激光进行信号传输，可以实现高速、高质量的数据传输。
3.2 医疗领域光纤激光在医疗领域有着广泛的应用。
通过控制光纤激光的能量和焦点，可以实现对病变组织的精确切割和凝固，达到治疗的目的。
同时，光纤激光还可以用于激光治疗、激光手术等医疗操作。
3.3 材料加工领域光纤激光在材料加工领域也是一种非常重要的工具。
光纤激光具有高能量、高密度的特点，激光束的聚焦性良好，可以用于材料的切割、焊接、打孔等工艺。
相比传统的机械加工方法，光纤激光加工更加精细、高效。
4. 光纤激光的发展4.1 光纤激光器的类型光纤激光器根据工作波长和激光输出方式可以分为多种类型，包括连续波光纤激光器、脉冲光纤激光器、超快脉冲光纤激光器等。
4.2 光纤激光器的参数优化为了进一步提高光纤激光器的工作效率和稳定性，研究人员还对光纤激光器的多个参数进行了优化，包括泵浦光源功率、泵浦光纤长度、光纤材料等。
4.3 光纤激光器的发展趋势随着科技的不断进步，光纤激光器在功率、波长、调制速度等方面都得到了提升。
未来的发展趋势是进一步提高功率和效率，降低成本和体积，不断拓展应用领域。
5. 结论光纤激光作为一种基于光纤技术的激光器，具有广泛的应用前景。
在通信、医疗、材料加工等领域都有重要的应用。
随着技术的不断进步，光纤激光器的性能将不断提高，应用领域也会更加广泛。
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告半导体激光器实验报告引言：半导体激光器是一种重要的光电子器件，具有广泛的应用领域，如通信、医疗、工业等。
本实验旨在通过搭建实验装置，研究半导体激光器的工作原理和性能特点，并探索其在光通信领域的应用。
实验一：激光器的工作原理激光器的工作原理是基于光放大和光反馈的原理。
在实验中，我们使用一台半导体激光器，通过电流注入激发半导体材料，产生光子。
这些光子在激光腔中来回反射，不断受到增益介质的放大，最终形成激光束。
实验装置中的关键组件包括半导体激光器、激光腔、准直器和光探测器。
半导体激光器通过电流注入，激发载流子跃迁，产生光子。
光子在激光腔中来回反射，经过准直器调整光束的方向，最后被光探测器接收。
实验二：激光器的性能特点在实验中，我们测试了激光器的输出功率、波长和光谱宽度等性能指标。
通过改变注入电流和温度等参数，我们研究了激光器的输出特性。
首先，我们测试了激光器的输出功率。
通过改变注入电流，我们观察到激光器输出功率随电流增加而增加的趋势。
然而，当电流达到一定值后，激光器的输出功率不再增加，甚至出现下降。
这是由于激光器的光子数饱和效应和损耗机制导致的。
其次，我们测量了激光器的波长。
通过调节激光腔的长度，我们观察到激光器的波长随腔长的变化而变化。
这是由于激光腔的谐振条件决定了激光器的输出波长。
最后，我们研究了激光器的光谱宽度。
通过光谱仪测量激光器的光谱分布，我们发现激光器的光谱宽度与注入电流和温度有关。
随着注入电流的增加和温度的降低，激光器的光谱宽度变窄，光纤通信系统中要求的窄光谱宽度可以通过适当的调节实现。
实验三：半导体激光器在光通信中的应用半导体激光器在光通信领域有着重要的应用。
我们通过实验研究了激光器在光纤通信中的应用。
首先，我们将激光器的输出光束通过光纤传输。
通过调节激光器的输出功率和波长，我们实现了光纤通信中的光信号传输。
通过光探测器接收光信号，并通过示波器观察到了传输过程中的光信号波形。
各种典型激光器原理(全)
第一节 概述
4)．半导体激光器
半导体激光器也称为半导体激光二极管,或简称激光二极管 (LaserDiode,缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特 异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性,使半导体激 光器的工作特性有其特殊性。
半导体激光器以半导体材料为工作物质。常用的半导体材料 主要有三类:(1)ⅢA —Ⅴ A 族化合物半导体,如砷化镓 (GaAs)、磷化铟(InP)等。(2)Ⅱ B —ⅥA族化合物半导体, 如硫化镉(CdS)等。(3)ⅣA—ⅥA族化合物半导体,如碲锡铅 (PbSnTe)等。 根据生成pn结所用材料和结构的不同,半导体激光器有同质 结、异质结(单、双)、量子阱等多种类型。 半导体激光器采用注入电流方式泵浦。
第二节 气体激光器
G点所对应的电压叫做弧光着火电压。
过G点后,放电管管压降再次迅速下降,放电电流快速增大,放电管中发 出耀眼的弧光,称之为弧光放电。
弧光放电的GH段呈现出负阻特性,放电不稳定。 HK段为稳定弧光放电阶段,放电电流一般大于10-1A。
辉光放电 高电压、小电流(几毫安至几十毫安)放电,是一种 稳定的自持放电。 He-Ne激光器与CO2 激光器都是工作在辉光放电区域。
第一节 概述
5)．化学激光器 化学激光器是通过化学反应实现粒子数反转从而产生受激光 辐射的。工作物质可以是气体或液体,但目前主要是气体,如 氟化氢(HF)、氟化氚(DF)、氧碘(COIL)等。
化学激光器采用化学能激励。为促成工作物质的化学反应,一 般需采用一些引发措施,如光引发、电引发、化学引发等。
第一节 概述
激励方式 气体激光器一般采用气体放电激励,还可以采用电子束激励、 热激励、化学反应激励等方式。
光纤激光器研究报告
光纤激光器研究报告近年来，随着信息技术的快速发展，光通信和光存储技术的需求不断增加，光纤激光器作为一种重要的光源设备，其研究和应用也越来越受到关注。
本文将从光纤激光器的基本原理、研究现状、应用前景等方面进行探讨。
一、光纤激光器的基本原理光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光器。
其基本结构包括光纤、光纤耦合器、泵浦光源、光纤光栅等。
泵浦光源通过光纤耦合器将能量输送到光纤中，光纤光栅则用于调制光纤中的光场，使其产生激光输出。
光纤激光器的输出波长和功率可以通过调节光纤光栅的参数来控制。
光纤激光器的工作原理是基于光纤的增益介质特性。
当泵浦光经过光纤时，会激发光纤中的掺杂物（如铒离子、钕离子等）发生跃迁，产生光子，并激发周围的光子参与共振反馈，形成光纤中的激光场。
光纤激光器具有波长可调、功率稳定、光斑质量好等优点，因此在光通信、激光加工、医学等领域有广泛的应用。
二、光纤激光器的研究现状目前，光纤激光器的研究主要集中在以下几个方面：1.光纤激光器的波长调制技术光纤激光器的波长调制技术是实现光纤激光器波长可调的关键技术之一。
目前，波长调制技术主要包括电光调制、热光调制、机械调制等。
其中，电光调制技术是最常用的一种技术，其原理是利用电场控制光纤光栅的折射率，从而调制激光的波长。
2.光纤激光器的高功率输出技术光纤激光器的高功率输出是实现光纤激光器广泛应用的必要条件之一。
目前，高功率输出技术主要包括多段光纤放大、光纤叠加等。
多段光纤放大技术通过将光纤分成多段进行放大，从而提高激光器的输出功率。
光纤叠加技术则是利用多根光纤叠加的方法，将多个低功率的激光器输出合并成一个高功率的激光器输出。
3.光纤激光器的光学降噪技术光学降噪技术是提高光纤激光器光斑质量的关键技术之一。
目前，光学降噪技术主要包括光纤光栅滤波、光纤光栅反馈等。
其中，光纤光栅滤波技术是将光纤光栅的带通滤波器替换为带阻滤波器，从而实现对光纤激光器输出波长的滤波。
激光器的基本工作原理
激光器的基本工作原理激光器是一种能产生高度相干、单色、高亮度的激光光束的装置。
激光器的基本工作原理可以分为三个步骤：增益介质激发、光放大和反馈。
首先，激光器的工作需要一个具有特殊能级结构的增益介质。
一般来说，固体激光器常用的增益介质是晶体，液体激光器常用的增益介质是染料溶液，气体激光器常用的增益介质是稀有气体混合物。
这些增益介质中，原子或分子的电子由低能级跃迁到高能级时会吸收外界的能量，使得电子在高能级积累。
当有足够多的电子积累在高能级上时，就可以进入激光器的第二个步骤。
第二步骤是光放大。
增益介质中积累的高能级电子会自发地跃迁回低能级，放出能量。
如果将增益介质置于两个平行的反射镜之间，其中一个镜子是部分透明的，光子就会在两个镜子之间多次往返。
当光子经过增益介质时，会与高能级电子相互作用，使得电子从高能级跃迁到低能级，放出能量。
这些能量会在光子的反射中得到增强，使得原本弱小的光信号得以放大。
反射镜的存在保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增强了光的强度。
第三步骤是反馈。
在增益介质的两端设置反射镜，其中一个镜子是完全反射的，另一个是部分透明的。
在激光器工作时，放大的光子在两个反射镜之间来回反射。
只有当光子与高能级电子相互作用时，才能够从增益介质中得到反馈加强，从而击穿上限，形成激光光束。
这个过程是自持拉锁过程，也就是说，无需外部刺激，只要增益介质中有足够的电子积累在高能级，激光器就能自发地工作。
总结起来，激光器的基本工作原理包括增益介质激发、光放大和反馈。
增益介质吸收能量，使得电子在高能级积累。
然后，这些能级的电子自发地跃迁回低能级，放出能量，经过多次反射和放大后形成激光光束。
反馈机制保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增加光的强度。
这些工作原理的结合使得激光器成为一种非常重要的光学工具和应用装置。
常用激光器工作原理
➢它Y属A于G中四N能d级3＋系与统激;光产生有关的能级结构如图所示;Nd3＋:YAG 的能级结构
Nd离子浓度： 结晶方向: 端面平面度： 端面平行度： 端面与轴线垂直度： 应用范围：
光学质量:
尺寸公差：
增透膜剩余反射率： 激光特性:
0 11 5at%
<111> ± 5° or <100> ± 5°
5 泵浦灯和工作物质之间 插入滤光器件滤去泵浦光 中的紫外光谱;
椭圆柱聚光腔
5 调Q开关 最简单的q开关就是一个马达连着一个镜子;没对准的时候没有来回往复的光;
可以让高能态粒子的数量慢慢的聚集增多;在对准的瞬间释放;达到很窄而功率 很大的脉冲;
工业上用的比较多的有电光调Q 声光调Q等方式做的q开关;用在进一步压缩 脉冲激光的脉冲或者使连续半导体泵浦的激光晶体输出峰值功率很高的脉冲激 光;方便打标 切割;
激光器各系统的一些基本概念
1 阈值 激光器的阈值与工作物质的种类 谐振腔的损耗系数 泵灯与 YAG 棒之间的匹配等因 素有关; 激光器的阈值受工作物质的种类影响很大 ; YAG 激光器的工作物质 Nd3 +: YAG是四能级系统;阈值较低;
2. 横模与纵摸 横摸描述的是激光光斑上的能量分布情况;横模可以从激光束横截面上的光强分布 看出来; 如图;高斯光束的截面光强分布曲线;中心高;辐向减小;满足高斯分布; 纵模是与激光腔长度相关的;所以叫做纵模;是描述激光频率的; 理论上激光腔内 可以产生无数个等间距频率的光;但由于增益介质只对特定频率谐振频率的光产 生最大增益;其他频率的光被抑制掉;即在谐振时会筛选出符合谐振频率的谐振激 光;这种现象叫做模式竞争; 所以;激光器一般仅输出一个特定频率的激光;
激光原理设计实验报告
激光原理设计实验报告激光（Laser）是一种通过光的放大方式产生高度聚焦、单色、相干光束的装置。
激光的原理设计实验报告如下。
一、实验目的：1. 了解激光的原理和产生方式；2. 学习激光器件的结构和工作原理；3. 掌握激光器的基本性能测试方法。
二、实验器材与材料：1. He-Ne氦氖激光器；2. 实验室实验平台和支架；3. 条纹测量仪；4. 探测器。
三、实验原理：激光是由光子组成的一束光，其产生原理基于三个主要的过程：激发、放大和反射。
具体来说，激光器中的激光介质（如气体、固体或液体）会被外部能量的输入激发，并产生光子。
光子随后经过光学腔的多次反射，逐渐增强并获得高度同步、相干和单色性。
最终，激光束通过输出镜从激光器中发射出来。
四、实验步骤：1. 激活激光器并将其预热；2. 调整激光器的光路径，使光束通过实验平台上的条纹测量仪；3. 使用探测器测量激光束的光强。
五、实验结果与分析：通过实验，我们可以观察到激光束的明亮光点，在满足一定条件下，激光可以成为一条明亮的光线。
六、实验讨论：1. 讨论激光器的结构和工作原理；激光器一般由一个激光介质和一个光学腔组成。
激光介质可以是气体、固体或液体，而光学腔则由两个反射镜组成。
光学腔的一个反射镜是部分透明的，用于将部分光子耗尽，形成激光输出。
当激光器受到外部能量的激发时，激光介质的原子或分子会被激发到较高的能级，并随后通过受激辐射返回基态，产生光子。
光子在光学腔内进行多次反射，逐渐形成一束同步、相干和单色的激光束。
2. 讨论激光束的特性及其应用；激光束具有高度聚焦、单色性、相干性以及高能量密度的特性。
这些特性使得激光在多个领域有广泛的应用，包括激光加工、激光打标、激光医学治疗、激光测距等。
七、实验总结：本实验通过对激光的原理和产生方式的研究，了解了激光器件的结构和工作原理，掌握了激光器的基本性能测试方法。
激光的特性使其在科学研究和实际应用中具有重要的作用，本实验可作为深入学习激光原理的基础。
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一. 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理 He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图所示。
He-Ne激光器的基本结构形式
氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的四能级系统
E4
E4
E3
E2 E1
如图是与产生激光有 关的Ne原子的部分能 级图，Ne原子的激光 上能级是3S和2S能级， 激光下能级是3P和2P 能级。
综述.激光器发光原理
为了维持翻转的粒子数够多，必须有外部的能量把掉下来的原子搬到激发态 上，这就需要脉冲激光（例如接下来要讲到的YAG激光器）中的脉冲氙灯，气 体放电激光（例如氦氖激光器、二氧化碳激光器）中的放电等能量源来提供能 量了。
2.自发辐射与受激辐射 粒子自发地从高能级跃迁到低能级，同时发出一个光子，这一过程叫做自发辐射。
综述.激光器发光原理
激光又名镭射 (Laser), 它的全名是“辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 1、粒子数反转（激光产生的基本条件）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E2
粒子数反转
E1
h
在通常情况下，处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数，这 种情况得不到激光。为了得到激光，就必须使高能级E2上的原子数目大 于低能级E1上的原子数目，因为E2上的原子多，发生受激辐射，使光增 强）。
若处在高能级的粒子，在一个能量等于两能级之差（E2-E1）的光子作用下，从 高能级跃迁到低能级并发射一个光子，这一过程称为受激辐射。与自发辐射不同， 辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。
综述.激光器发光原理
显然，没有哪个自发辐射光源能达到激光光源的光谱质量。这是因为传统 光源是系统处在各种能级都有的杂乱辐射状态。传统光源的基本特征是宽光 谱分布，随机极化，圆形和不规则的波阵面和较低的色温。 激光的发射原理不同于常规光，不是各种能级加在一起的自发辐射产生的， 而是受激发射，各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上，由于维持的 时间总体正态分布，大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能 态上，这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平，也就是我们平常所说 的激光单色性
一.氦-氖(He-Ne)激光器 二.YAG激光器
三.激光损伤阈值
常用激光器与激光损伤阈值简介
综述.一些基本概念
所有的光都是原子、分子能级变化所造成的。这些特定能级差别的吸收和 释放都表现成为特定波长的光。光子射出的能量（焦耳）等于hν，其中h是 普朗克常数，v是辐射的频率，这适用于激光和传统的发光系统。光辐射能量 是在原子从高能态掉到低能态的时候放出。然而，一个原子想发光，首先必 须吸收能量，使得低能态原子被打到高能态，这在激光领域叫做“泵浦， pump”。所有光包括自发和激光需要一定量的能量吸收。
一.固体激光器的基本结构与工作物质
固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。 图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
固体激光器的基本结构示意图
YAG 激光器具有能量大、峰值功率高、结构较紧凑 、牢固耐用等优点, 广泛应 用于工业、国防、医疗、科研等领域。用调Q Nd: YAG 的谐波泵浦的可调谐染 料激光器,具有高功率、窄线宽的特点, 可用于光谱学、激光医疗与生物工程等科
E3
pump
h
hh
E2 E1
He-Ne激光器是典 型的四能级系统， 其激光谱线主要有 三条 : 3S2P 0.6328 2S2P 1.15 3S3P 3.39
下能级E1是基态能级上 能级E3是亚稳态能级下能 级E2不是基态能级而是一 个激发态能级在常温下基 本上是空的。其激励能量要 比三能级系统小得多产生 激光要比三能级系统容易得 多。
工作物质
掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) 工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)
YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如图所示。 Nd3＋:YAG 的能级结构 它属于四能级系统。
Nd离子浓度： 结晶方向: 端面平面度： 端面平行度：
0.1-1.5at% <111> ± 5° or <100> ± 5° < λ/10@632.8nm ≤ 10"
端面与轴线垂直度：
应用范围： 光学质量:
≤ 5 ′
1.064um脉冲、连续激光器 干涉条纹≤ 0. 25 λ /inch 消光比Ф3-Ф6.35 ≥ 28dB Ф7-Ф10 ≥ 25dB 直径: ±0.05mm 长度: ±0.5mm 切面 : 0.07+0.005/-0.00" at 45° ≤ 0.2% (AR@1064nm) 长脉冲点效率:3.3%(灯泵,20J输入 ), 长脉冲斜效率4.2%
综述.激光器发光原理
光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子 又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱，但所释放的光谱并无固定方向与 相位，所以尚无法形成激光。 谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和 方向的光加以抑制。如图，凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外，与工作 介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往 返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子 将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。 为把激光引出腔外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光， 反射部分留在腔内继续增殖光子。
原子是由位于原子中心的原子核和一些微 小的电子组成的，电子在一些特定的可能轨道 上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；当电 子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不 吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一 个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或 吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间 关系由E=hν给出。为了描述原子中电子的运 动规律，所以提出了能记得概念。原子各个定 态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能 级